JP2018105164A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンストール後の内燃機関の再始動に要する時間を短縮する。【解決手段】エンジンストールにより停止した内燃機関を再始動する際に、気筒内または気筒に連なる吸気ポート内に残留している未燃燃料の量を推定し、その推定した未燃燃料の量が多いほど、内燃機関の始動のためのクランキングの開始前またはクランキング中におけるスロットルバルブの開度を大きく開く内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。

周知の通り、停止している内燃機関を始動するに際しては、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトを電動機により回転駆動しつつ、インジェクタから燃料を噴射してこれを気筒において燃焼させ、クランクシャフトの回転を加速するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、クランクシャフトの回転速度即ちエンジン回転数が内燃機関の冷却水温等に応じて定まる閾値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１６−１２５３６４号公報

運転者または使用者の意図に関わりのないエンジンストール（イグニッションスイッチ（イグニッションキー）のＯＦＦ操作に伴う停止や、アイドルストップ条件が成立してアイドルストップを行う場合のような、制御されまたは予定された停止以外の異常停止）により停止した内燃機関を再始動する際に、平常のルーチンに則って始動処理を実行すると、内燃機関の始動が大きく遅延する、即ちクランクシャフトの回転の加速が遅くクランキングの終了までに長い時間を要することがある。

近時の内燃機関においては、様々な性状の燃料が使用されても確実に始動ができるよう、クランキング中の燃料噴射量が予め増量されている。その上、エンジンストールに陥るおそれのあるエンジン回転数の急落が起こったときには、エンジンストールを回避するための制御として燃料噴射量の増量補正を行うことがある。加えて、エンジンストール時には、エンジン回転数が低いことによる燃料の燃焼不良も発生し、停止した内燃機関の気筒内や気筒に連なる吸気ポート内に未燃の燃料成分が残留する。これらが相まって、クランキング中の空燃比が、平常のルーチンにおいて想定している油密漏れ（内燃機関の停止中におけるインジェクタからの微量の燃料の漏れ）と比較して過剰にリッチ化していることが判明した。

本発明は、以上の点に初めて着目してなされたものであって、エンジンストール後の内燃機関の再始動に要する時間を短縮することを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、エンジンストールにより停止した内燃機関を再始動する際に、気筒内及び／または気筒に連なる吸気ポート内に残留している未燃燃料の量を推定し、その推定した未燃燃料の量が多いほど、内燃機関の始動のためのクランキングの開始前及び／またはクランキング中におけるスロットルバルブの開度を大きく開く内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、エンジンストール後の内燃機関の再始動に要する時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態の制御装置による内燃機関の始動制御の内容を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、車載のバッテリの端子電流または端子電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電流／電圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２に付帯するイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、停止した内燃機関を始動するにあたり、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ））を稼働させるための制御信号ｎを電動機に入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。内燃機関の始動のためのクランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が閾値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する。クランキングの終了条件となるエンジン回転数の閾値は、内燃機関の温度等に応じて上下し得る。具体的には、内燃機関の冷却水温が低いほど高く設定することとなるが、概ね５００ｒｐｍ程度である。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、エンジンストールにより停止した内燃機関を再始動する場合、気筒１内及び／または気筒１に連なる吸気ポート内に残留している未燃燃料の量を推定し、その推定した未燃燃料の量が多いほど、内燃機関の始動のためのクランキングの開始前及び／またはクランキング中におけるスロットルバルブ３２の開度を大きく開く操作を行うこととしている。

図２に鎖線で描画しているように、運転者または使用者の意図に関わりのないエンジンストールにより停止した内燃機関を再始動する際、平常のルーチンに則って始動処理を実行すると、内燃機関の始動が大きく遅延する、即ちクランクシャフトの回転の加速が遅くクランキングの終了までに長い時間を要することがある。これは、既に述べた通り、エンジンストール後の再始動時のクランキング中に気筒１に充填される混合気の空燃比が過剰にリッチ化して燃焼不良を惹起することに起因している。

翻って、本実施形態では、図２に実線で描画しているように、エンジンストールにより停止した内燃機関を再始動する際、平常よりもスロットルバルブ３２を大きく開いた状態でクランキングを実行し、気筒１に充填される混合気の空燃比を理論空燃比に近づけて、燃焼不良の発生を抑制し、適切にクランクシャフトの回転を加速できるようにする。このときのスロットルバルブ３２の開度は、内燃機関の始動開始時点で気筒１内や吸気ポート内に残留している未燃燃料の量が多いほど拡大し、平常のルーチンと比較して二倍以上の開度となることもある。

図２に示しているように、スロットルバルブ３２の開度を拡大させる操作は、クランキングの開始前、即ちクランクシャフトを回転駆動する電動機を起動する前から行うことが好ましい。

内燃機関の始動開始の時点で気筒１内や吸気ポート内に残留している未燃燃料の量を推定する手法を述べる。ＥＣＵ０は、エンジンストール、即ちイグニッションスイッチがＯＦＦに操作されたり所定のアイドルストップ条件の成立に伴って内燃機関のアイドル回転を停止させたりするような、制御されまたは予定された停止以外の異常停止に至る場合において、エンジン回転数が所定の基準回転数に到達してからこれが０となるまでのストール期間中に、各気筒１に付随するそれぞれのインジェクタ１１から噴射した燃料の噴射量の積算する。但し、ある気筒１に向けて対応するインジェクタ１１から燃料を噴射した噴射機会の直後に当該気筒１に訪れる膨張行程にてエンジン回転数の上昇即ち加速が見られたときには、当該噴射機会に噴射した燃料は燃焼したと考えられるので、当該機会に噴射した燃料の量を上記の積算値に加算しない。逆に言えば、噴射機会の直後に当該気筒１に訪れる膨張行程にてエンジン回転数の上昇が見られなかったような噴射機会において噴射した燃料の量のみを積算値に加算する。そのようにして計数したストール期間中の燃料噴射量の積算値を、エンジンストールにより内燃機関が停止した後に気筒１内または吸気ポート内に残留している未燃燃料の量と見なす。

そして、エンジンストールによる内燃機関の停止から再始動までの間の経過時間が所定値以下に短ければ、内燃機関の停止直後に気筒１内や吸気ポート内に残留している未燃燃料の量を、そのまま内燃機関の再始動の開始の時点で気筒１内や吸気ポート内に残留している未燃燃料の推定量とすることができる。ＥＣＵ０は、内燃機関の再始動のためのクランキングの開始前またはクランキング中におけるスロットルバルブ３２の開度を、その未燃燃料の推定量が多いほど大きく設定する。

他方、エンジンストールによる内燃機関の停止から再始動までの間の経過時間が所定値を超えて長いならば、その経過時間中に気筒１内や吸気ポート内に残留する未燃燃料の量が減少することが想定される。そこで、経過時間が長いほど、内燃機関の再始動の開始時点で気筒１内や吸気ポート内に残留する未燃燃料の推定量を減らす。結局のところ、経過時間が長いほど、再始動のためのクランキングの開始前またはクランキング中におけるスロットルバルブ３２の開度を縮小する。

平常のルーチンよりも拡大したスロットルバルブ３２の開度は、クランキングの終了前、即ちエンジン回転数が閾値に到達する前に、平常の開度まで縮小することが好ましいが、拡大したスロットルバルブ３２の開度をクランキングの終了まで維持しても構わない。

加えて、エンジンストール後の再始動の開始時点で気筒１内や吸気ポート内に残留する未燃燃料の推定量が所定値以上に多いような場合には、クランキング中の燃料噴射量を平常よりも減量することが好ましい。この場合において、ＥＣＵ０は、未燃燃料の推定量が多いほど、クランキング中にインジェクタ１１から噴射する燃料の量を減量する。燃料噴射量の減量は、各インジェクタ１１から燃料を噴射する機会を間引く（特定の噴射機会において敢えて燃料を噴射しないようにする）ことによって行ってもよい。

あるいは、エンジンストール後の再始動の開始時点で気筒１内や吸気ポート内に残留する未燃燃料の推定量が所定値以上に多いような場合に、クランキングの開始からある程度の期間燃料を噴射せずに気筒１内及び吸気ポート内を掃気することも考えられる。この場合において、ＥＣＵ０は、未燃燃料の推定量が多いほど、インジェクタ１１から燃料を噴射しない掃気の期間を長く設定する。

本実施形態では、エンジンストールにより停止した内燃機関を再始動する際に、気筒１内または気筒１に連なる吸気ポート内に残留している未燃燃料の量を推定し、その推定した未燃燃料の量が多いほど、内燃機関の始動のためのクランキングの開始前またはクランキング中におけるスロットルバルブ３２の開度を大きく開く内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、エンジンストール後の再始動におけるクランキング中に気筒１に充填される混合気の空燃比が過剰にリッチ化することを抑止して、混合気の燃焼不良を回避することが可能となる。結果、クランキング中に内燃機関の回転が適切に加速し、遅延なく内燃機関の始動を完遂することができる。クランキングの期間の短縮は、クランキング中における燃料の浪費の削減にも繋がる。

加えて、エンジンストール後の再始動の開始時点で気筒１内や吸気ポート内に残留する未燃燃料の推定量に応じて、クランキング中の燃料噴射量を減量し、またはクランキングの開始から所要の期間燃料を噴射せず掃気を行うことにより、内燃機関の始動の確実性をより高め、かつ燃料消費量を一層低減できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成や処理の内容等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…開度操作信号
ｎ…クランキング用の電動機の制御信号

Claims (1)

1. エンジンストールにより停止した内燃機関を再始動する際に、
   気筒内または気筒に連なる吸気ポート内に残留している未燃燃料の量を推定し、その推定した未燃燃料の量が多いほど、内燃機関の始動のためのクランキングの開始前またはクランキング中におけるスロットルバルブの開度を大きく開く内燃機関の制御装置。

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